(57)【要約】  【課題】  外乱による誤動作の生じない水流センサーを開発することを課題とする。  【解決手段】  水流センサー１０は、ケーシング２５の中に下流側軸受け部材２６と、上流側軸受け部材４０と、羽根車状の磁気発生部材２８が設けられ、ケーシング２５の外周部に２基の磁気センサー３０，３１が設けられたものである。第一磁気センサー３０と、第二磁気センサー３１は、２２．５°（π／８）離れた位置にある。第一磁気センサー３０がオン状態となるピークの環境にあるとき、第二磁気センサー３１はオンからオフに切り替わる遷移領域又はオフ状態からオン状態に切り替わる遷移領域の環境となる様な位置関係であるから、たとえ第二磁気センサー３１が不安定な作動環境にあっても第一磁気センサー３０は正常に機能する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流によって回転する磁気発生部材と、磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、前記磁気センサーの取付け位置は、磁気発生部材との関係において外部の環境に基づく磁界の影響を２基の磁気センサーが同時に受けにくい位置であることを特徴とする水流センサー。
【請求項２】
水流によって回転する磁気発生部材と、磁気発生部材が発生する磁気の影響を受け、オン状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に切り替わる磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の少なくとも一基の磁気センサーはオン状態からオフ状態に切り替わる遷移領域又はオフ状態からオン状態に切り替わる遷移領域の環境となる様な位置関係に配置されていることを特徴とする水流センサー。
【請求項３】
水流によって回転する磁気発生部材と、磁気発生部材が発生する磁気の影響を受け、オン状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に切り替わる磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の少なくとも一基の磁気センサーはオン状態となるピークの環境でもオフ状態となるピークの環境でもない位置関係に配置されていることを特徴とする水流センサー。
【請求項４】
水流によって回転する磁気発生部材と、磁気発生部材が発生する磁気の影響を受け、オン状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に切り替わる磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、特定の２基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境に至る際の位相にずれがあり、当該位相のずれは、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境からオフ状態となるピークの環境に至る間を基準としてこれの約半位相であることを特徴とする水流センサー。
【請求項５】
水流によって回転する磁気発生部材と、磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気発生部材は一又は複数の磁極を備え、前記磁気センサーは２基以上有り、前記磁気センサーは、磁気発生部材の周囲にあって一定の周期で磁極が近接する状態となり、一基の磁気センサーに磁極が近接する時と、他の一基の磁気センサーに磁極が近接する状態の時との間にはずれがあり、当該ずれは、概ね〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕回転相当又はこれの奇数倍回転相当であることを特徴とする水流センサー。
【請求項６】
水流によって回転する磁気発生部材と、磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、前記磁気センサーは、磁気発生部材の周囲にあり、一基の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度とこれに対して直交する方向成分の強度との差が最大の時、他の少なくとも一基の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度とこれに対して直交する方向成分の強度との差が最小となる位置関係に磁気センサーが配置されていることを特徴とする水流センサー。
【請求項７】
磁気発生部材は回転する羽根であり、羽根の一部に磁石が設けられているか或いは羽根自体に着磁されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水流センサー。
【請求項８】
複数の磁気センサーは、水流に対して略垂直な平面上に並べられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の水流センサー。
【請求項９】
複数の磁気センサーは、水流方向にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の水流センサー。
【請求項１０】
複数の磁気センサーは、水流方向にずれた位置に設けられ、磁気発生部材の磁極は水流方向に所定の長さを持つか或いは水流方向に分割され、水流方向の上流側における磁極の位置と水流方向の下流側における磁極の位置が周方向にずれていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の水流センサー。
【請求項１１】
特定の２基の磁気センサーが磁界の変化を共に検知した時に水流があると判定することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の水流センサー。
【請求項１２】
熱交換器と、燃焼装置と、水路と、前記水路に設けられた水流センサーを備え、水流センサーが水流を検知したことを条件の一つとして燃焼装置を燃焼させる給湯器において、前記水流センサーは、請求項１乃至１０のいずれかに記載の水流センサーであり、特定の２基の磁気センサーが磁界の変化を共に検知した時に水流センサーが水流を検知したものとして燃焼装置を燃焼させることを特徴とする給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器等に使用される水流センサーに関するものである。また本発明は、水流センサーを備えた給湯器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスや灯油を燃料とする給湯器が一般家庭に広く普及している。いわゆる瞬間式と称される給湯器は、熱交換器を含む水路に水流センサーが設けられている。そして使用者がカランを開く等の操作によって、熱交換器を通過する水路に水流が生じると、前記した水流センサーがこれを検知し、これを契機として燃焼が開始される。
【０００３】
ここで現行の給湯器に搭載されている水流センサーは、軸流式羽根車構造を応用した、着磁プラマグ水車と、磁気抵抗素子の磁気センサーが組み合わされたものである。
上記した水流センサーは、リアルタイムで実流量を検出することができる。また、通水中は羽根車が連続して回転し、連続的にパルス発振するために、ＯＮ状態でロックしてしまう様な故障の心配も無い。そのため上記した水流センサーは、瞬間式給湯器にとって心臓部のフェールセイフとしての大役を担うものである。
【０００４】
水流センサーは例えば下記の特許文献に構造が開示されている。
【特許文献１】実開昭６１ー８８２１号公報
【０００５】
なお、特許文献１に記載された水流センサーでは、一基の羽根車を有し、この羽根車のケーシングに磁気センサーが２基設けられている。特許文献１の考案において、磁気センサーを２基設けた理由は、水流の方向を検知するためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年、給湯器をより小型化することが要求されている。そこで本発明者らは給湯器の小型化に取り組み、各種の構造のものを設計、試作した。ところが、これらの給湯器の性能や安全性を試験していた時、不可解な現象が発生した。即ち水流が無いにも係わらず、水流センサーが水流を検知する旨の信号を発する場合があった。
【０００７】
この現象の解明に先立って水流センサーの原理を説明すると、水流センサーはケーシング内に羽根車が配され、この羽根車に磁石が取り付けられたものである（実際上は、羽根自体に着磁されている）。またケーシングの外には磁気抵抗素子を利用した磁気センサーが設けられている。そしてケーシング内に水が流れると、内部の羽根車が回転し、羽根車に着磁された磁極が回転して磁気センサーに対して近接・離反する。その結果、磁気センサーからパルス信号が発せられる。
ところが給湯器を小型化した場合、前記した様にケーシング内に水流が無いにも係わらず磁気センサーからパルス信号が発せられる場合が生じた。
【０００８】
この原因を検討した結果、磁気抵抗素子からパルス信号が発せられたのは外乱の影響であることが判明した。即ち給湯器内にはポンプ等の交番磁界を発生させる機器があり、給湯器を小型化することによって交番磁界を発生させる機器と水流センサーとの距離が近接してしまった。そのため水流センサーの磁気センサーが外部の交番磁界に感応し、パルスを発生させてしまうのであった。
【０００９】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、外乱による誤動作の生じない水流センサーを開発することを課題とするものである。また併せて誤動作が生じることの無い給湯器の開発を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するため、前記した特許文献１の様に、ケーシングの回りに磁気センサーを複数配置することを考えた。即ち単に磁気センサーの数を増やせば誤検知を防ぐことができると考えた。しかしながら、特許文献１の構成を持つ水流センサーを使用しても外乱による誤動作を完全に阻止することはできなかった。
以下、この理由を図２１を参照しつつ説明する。図２１は、特許文献１の第３図に加筆したものである。
特許文献１に開示された水流センサーは、前記した様に水流の方向を検知することを目的として磁気センサーが２基装備されている。そのため磁気センサーの配置は、一方の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の磁気センサーはオフ状態のピークとなる様な位置に設けられている。
即ち磁気センサーは、磁界の特定の方向の成分の強度が最大となった時にオン状態となるピークをむかえる。例えば磁界のＹ方向成分の強度が最大となり、Ｘ方向の成分が最小となった時にオン状態となるピークをむかえる。ただし、磁界の向きは問わない。また磁界のＸ方向成分の強度が最大となり、Ｙ方向成分の強度が最小となった時、オフ状態となるピークをむかえる。
従って図２１の様に第一磁気センサーに注目すると、さらされる磁界が最大となるとき、具体的にはグラフの山Ａ又は谷Ｂの時に、第一磁気センサーはオン状態となるピークの環境となる。これに対して零位たるＣの時にオフ状態のピークとなる。
第二磁気センサーも同様であり、グラフの山Ａ’又は谷Ｂ’の時に、第二磁気センサーはオン状態となるピークの環境となり、零位たるＣ’の時にオフ状態のピークとなる。
図２１から明らかな様に、特許文献１に開示された水流センサーは、一方の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の磁気センサーはオフ状態のピークとなる様な位置に設けられている。
【００１１】
ところで、外乱によってパルス信号が発せられてしまう条件を検討すると、磁気センサーがオン状態からオフ状態に至る遷移状態の時、或いはオフ状態からオン状態に至る遷移状態の時であると言える。
図１は、羽根車（磁気発生部材）に着磁された磁極と磁気センサーとの関係を示す模式図である。図２は、羽根車（磁気発生部材）が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度とセンサーからの出力との関係を示すグラフである。図３（ａ）は、第一磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフであり、（ｂ）は、第一磁気センサーが遷移状態にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフである。図４は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味し、羽根車が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度とセンサーからの出力との関係を示すグラフである。
【００１２】
図１に示すモデルでは、羽根車１は４枚の羽根２を持ち、これにそれぞれ着磁されている。磁気センサー３は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を検知し、磁界のＹ方向成分がＸ方向成分よりも強い場合はオン状態となり、Ｘ方向成分がＹ方向成分の磁界よりも強い場合はオフ状態となる。
実際上は、磁界のＹ方向成分が一定値以上となった時にオン状態となり、一定値を下回った時にオフ状態となると考えてよい。ただし、オン状態からオフ状態に切り替わる場合の磁界強度と、オフ状態からオン状態に切り替わる磁界強度とはヒステリシスの関係で、ずれがある。
【００１３】
一つの磁気センサーに注目したとき、羽根車１が回転すると、磁気センサー３が置かれた場所における磁界のＹ方向成分は、図２の様に正弦波曲線を描いて変化する。
そして図２の様に、磁界のＹ方向成分の強度が、一定の「オン磁界」を越えるとセンサー出力がオンとなり、「オン磁界」よりも磁界強度が弱い「オフ磁界」未満となった時にセンサー出力がオフとなる。
図１に示す様に羽根の一片２と磁気センサー３が直線的な位置関係となった場合に磁気センサー３の近傍の磁界のＹ方向成分が最も強まり、オン状態となるピークの環境となる。
【００１４】
羽根車１が回転した場合を想定すると、前記した図２のグラフに示すように磁気センサー３の近傍の磁界の強度が変化する。
そして羽根の近接に伴って磁界のＹ方向成分が強まり、オン磁界を越えたＤ点からセンサー出力がオンとなる。そして羽根の一片２と磁気センサー３が直線的な位置関係となって磁気センサー３の近傍の磁界の強度が最も強まるＥ点となり、オン状態となるピークの環境となる。
【００１５】
これを過ぎると磁界のＹ方向成分は次第に弱まるが、前記したオン磁界に至っても（Ｆ点）センサーの出力は切り替わらない。そしてオフ磁界たるＧ点に至って初めてセンサーの出力がオンからオフに切り替わる。
さらに羽根車１が回転すると、磁界のＹ方向成分が零となるＨ点に至る。Ｈ点は、オフ状態のピークの環境であり、前記したオン状態となるピークの環境から４５°（π／４）回転した位置である。
そしてさらに羽根車１が回転すると、磁界のＹ方向成分が次第に強まる、オフ磁界に至っても（Ｉ点）センサーの出力は切り替わらない。そしてオン磁界たるＪ点に至って初めてセンサーの出力がオフからオンに切り替わる。
さらに羽根車１が回転すると、磁界のＹ方向成分がオン状態となるピークの環境となる（Ｋ点）。その後、オフ磁界たるＭ点に至ってセンサーの出力がオンからオフに切り替わる。
【００１６】
上記した一連の位置関係の中で、オン状態となるピークの環境の場合（Ｅ，Ｋ）は、羽根車１の磁石の影響が強く、磁気センサー３を通過する磁界のＹ方向成分の強度が強いから、多少の外乱を受けても磁界のＸＹ関係の大小は変わらない。簡単に説明すると、図３（ａ）の様に磁界のＹ方向成分の強度が一定以上であるから、多少の外乱を受けて磁界強度が変動しても、磁気センサー３の置かれた環境が、オフ磁界以下となることはない。そのためオン状態となるピークの環境の場合は、外乱の影響が小さい。
【００１７】
一方、オフ状態となるピークの環境の場合（Ｈ）についても、磁気センサー３を通過する磁界のＸ方向成分の強度が強いから、多少の外乱を受けても磁界のＸＹ関係の大小は変わらない。
【００１８】
これに対して、磁気センサー３を通過する磁界のＸ方向成分とＹ方向成分が拮抗しているときは外乱によってオン・オフが切り替わってしまう。
即ちオン状態からオフ状態に至る遷移状態（ヒステリシス領域の近傍）の時、或いはオフ状態からオン状態に至る遷移状態の時は、羽根車１の磁石の磁界に、外乱が重なり、図３（ｂ）に示すようにオン・オフが切り替わってしまう。例えば、オン状態からオフ状態に至る遷移状態の位置で羽根車１が停止している場合を仮定すると、現状は磁気センサー３がオン状態であるが、これに僅かなオフ傾向の磁界が加わると、磁気センサー３の環境がオフ磁界を下回り、磁気センサー３はオンからオフに切り替わる。外乱は、例えばポンプが発する交番磁界であるから、外乱による磁界の方向は目まぐるしく切り替わる。そのため外乱によってオフとなったものは、次の瞬間に本来のオン状態に復帰する。そしてこれを目まぐるしく繰り返すから、磁気センサー３からパルス信号が発せられ、通水があるものと誤検知してしまう。
【００１９】
具体的には、図２に示すように羽根車１と、磁気センサー３との位置関係が、磁気センサー３がオン状態となるピークの環境からオフ状態となるピークの環境に至る間の中間となった時に磁気センサー３が誤動作しやすい。図１に示すような４枚の羽根車１であれば、オン状態となるピークの環境から２２．５°（π／８）回転した位置である。
図４は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味して同様の動作を説明するものであるが、結論は同一であり、オン状態となるピークの環境から２２．５°（π／８）回転した位置にあるときに磁気センサー３が誤動作しやすいと言える。
なお図４では、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分の強度の絶対値をグラフ化したものであり、各方向成分の負方向の強度を表す線は、正方向に反転されている。
【００２０】
図５（ａ）は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味して第一磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフであり、（ｂ）は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味して第一磁気センサーが遷移状態にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフである。
図５（ａ）でも明らかな様に、羽根の一片２と磁気センサー３が直線的な位置関係となった場合には、磁気センサー３の近傍の磁界のＹ方向成分の強度と、Ｘ方向の成分の強度との差が大きく、外乱を受けてＹ方向成分の強度とＸ方向の成分の強度が変動しても両者の強弱が逆転することはない。
【００２１】
一方、羽根が２２．５°（π／８）回転した位置においては、図５（ｂ）の様に外乱を受けてＹ方向成分の強度とＸ方向の成分の強度が変動すると、両者の強弱が入れ代わる。その結果、図５（ｂ）の様に示すようにオン・オフが切り替わり、磁気センサー３からパルス信号が発せられ、通水があるものと誤検知してしまう。
【００２２】
特許文献１に開示された水流センサーを見ると、前記した様に一方の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の磁気センサーはオフ状態のピークとなる様な位置に設けられている。
そのため特許文献１に開示された水流センサーでは、一方の磁気センサーがオンオフの遷移状態にある場合は、他の磁気センサーについても同様に遷移状態となっている。従って羽根車が特定の位置で停止すると、二つの磁気センサーは共に外乱を受けやすい状態となる。そのため特許文献１に開示された水流センサーでは、外乱による誤検知を防ぐことができない。
【００２３】
そこで本発明者らは、二つの磁気センサーの配置を工夫し、少なくとも一方については正常に機能させ、誤検知を防ぐこととした。
上記した思考に基づいて完成された請求項１に記載の発明は、水流によって回転する磁気発生部材と、磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、前記磁気センサーの取付け位置は、磁気発生部材との関係において外部の環境に基づく磁界の影響を２基の磁気センサーが同時に受けにくい位置であることを特徴とする水流センサーである。
【００２４】
本発明の水流センサーでは、磁気センサーの取付け位置が、外乱の影響を同時には受けにくい位置であるから、少なくとも一基の磁気センサーは正常に機能する。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、水流によって回転する磁気発生部材と、磁気発生部材が発生する磁気の影響を受け、オン状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に切り替わる磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の少なくとも一基の磁気センサーはオン状態からオフ状態に切り替わる遷移領域又はオフ状態からオン状態に切り替わる遷移領域の環境となる様な位置関係に配置されていることを特徴とする水流センサーである。
【００２６】
本発明の水流センサーでは、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の少なくとも一基の磁気センサーはオンからオフに切り替わる遷移領域又はオフ状態からオン状態に切り替わる遷移領域の環境となる様な位置関係に配置されている。この両者の位置関係は、一方の磁気センサーが外乱の影響を受けやすい位置にあるとき、他の磁気センサーは、外乱を受けにくい位置に来る。そのため少なくとも一基の磁気センサーは正常に機能する。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、水流によって回転する磁気発生部材と、磁気発生部材が発生する磁気の影響を受け、オン状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に切り替わる磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の少なくとも一基の磁気センサーはオン状態となるピークの環境でもオフ状態となるピークの環境でもない位置関係に配置されていることを特徴とする水流センサーである。
【００２８】
本発明の水流センサーでは、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、他の少なくとも一基の磁気センサーはオン状態となるピークの環境でもオフ状態となるピークの環境でもない位置関係に配置されている。この位置関係に磁気センサーを配置すると、全ての磁気センサーが同時に外乱の影響を受けやすい位置に来ることはない。そのため少なくとも一基の磁気センサーは正常に機能する。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、水流によって回転する磁気発生部材と、磁気発生部材が発生する磁気の影響を受け、オン状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に切り替わる磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、特定の２基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境に至る際の位相にずれがあり、当該位相のずれは、一基の磁気センサーがオン状態となるピークの環境からオフ状態となるピークの環境に至る間を基準としてこれの約半位相であることを特徴とする水流センサーである。
なお「約半位相」とは、プラスマイナス５°程度の誤差を許す趣旨である。
【００３０】
本発明の水流センサーでは、磁気センサーの取付け位置同士が所定の位相だけずれているので、全ての磁気センサーが同時に外乱の影響を受けやすい位置に来ることがなく、少なくとも一基の磁気センサーは正常に機能する。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、水流によって回転する磁気発生部材と、磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気発生部材は一又は複数の磁極を備え、前記磁気センサーは２基以上有り、前記磁気センサーは、磁気発生部材の周囲にあって一定の周期で磁極が近接する状態となり、一基の磁気センサーに磁極が近接する時と、他の一基の磁気センサーに磁極が近接する状態の時との間にはずれがあり、当該ずれは、概ね〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕回転相当又はこれの奇数倍回転相当であることを特徴とする水流センサーである。
なお「概ね」とは、プラスマイナス５°程度の誤差を許す趣旨である。
【００３２】
本発明の水流センサーについても、磁気センサーの取付け位置同士が所定の位相だけずれているので、全ての磁気センサーが同時に外乱の影響を受けやすい位置に来ることがなく、少なくとも一基の磁気センサーは正常に機能する。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、水流によって回転する磁気発生部材と、磁気センサーを備えた水流センサーにおいて、前記磁気センサーは２基以上有り、前記磁気センサーは、磁気発生部材の周囲にあり、一基の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度とこれに対して直交する方向成分の強度との差が最大の時、他の少なくとも一基の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度とこれに対して直交する方向成分の強度との差が最小となる位置関係に磁気センサーが配置されていることを特徴とする水流センサーである。
【００３４】
本発明の水流センサーでは、一基の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度（例えばＹ方向成分）とこれに対して直交する方向成分（例えばＸ方向成分）の強度との差が最大の時、他の少なくとも一基の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度とこれに対して直交する方向成分の差が最小となる位置関係に磁気センサーが配置されている。ここで前述した通り、磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分の強度とこれに対して直交する方向成分の強度との差が最小となる位置関係にあるときに磁気センサーが外乱の影響を強く受ける。逆に両者の差が最大のときには磁気センサーは外乱の影響を受け難い。本発明の水流センサーについても、全ての磁気センサーが同時に外乱の影響を受けやすい位置に来ることがなく、少なくとも一基の磁気センサーは正常に機能する。
【００３５】
また、磁気発生部材は回転する羽根であり、羽根の一部に磁石が設けられているか或いは羽根自体に着磁されていることが望ましい（請求項７）。
【００３６】
また複数の磁気センサーを、水流に対して略垂直な平面上に並べてもよい（請求項８）。
【００３７】
逆に、複数の磁気センサーは、水流方向にずれた位置に設けられていてもよい（請求項９）。
【００３８】
また複数の磁気センサーは、水流方向にずれた位置に設けられ、磁気発生部材の磁極は水流方向に所定の長さを持つか或いは水流方向に分割され、水流方向の上流側における磁極の位置と水流方向の下流側における磁極の位置が周方向にずれている構成とすることもできる（請求項１０）。
【００３９】
また特定の２基の磁気センサーが磁界の変化を共に検知した時に水流があると判定することが推奨される（請求項１１）。
例えば特定の２基の磁気センサーが磁界の変化を同時に検知した時に水流が有る旨の信号を出力する構成が考えられる。
【００４０】
上記した水流センサーを備えた給湯器の発明は、熱交換器と、燃焼装置と、水路と、前記水路に設けられた水流センサーを備え、水流センサーが水流を検知したことを条件の一つとして燃焼装置を燃焼させる給湯器において、前記水流センサーは、請求項１乃至１０のいずれかに記載の水流センサーであり、特定の２基の磁気センサーが磁界の変化を共に検知した時に水流センサーが水流を検知したものとして燃焼装置を燃焼させることを特徴とする給湯器である。
【００４１】
ここで給湯器は、給湯機能だけを持つものに限らず、風呂へ自動的に湯を落とし込む機能や風呂の湯を追い焚きする機能、さらに部屋の暖房を行う機能等を備えた機器を含む概念である。即ち湯を作りだす機能を備えた機器を総称して給湯器と称している。
本発明の給湯器は、水流センサーの誤動作が起こらず、安全性が高い。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の水流センサーは、外乱による誤動作が少ないという効果がある。そのため給湯器等をより小型化することができる。
また本発明の給湯器は、小型化しても誤動作が起こらないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図６は、本発明の実施形態の水流センサーを採用した給湯器の作動原理図である。図７は、本発明の実施形態の水流センサーの正面断面図（ａ）と側面断面図（ｂ）である。図８は、本発明の実施形態の水流センサーの斜視図である。図９は、本発明の実施形態の水流センサーの内部構造を示す斜視図である。
【００４４】
本発明の実施形態の水流センサー１０は、例えば図６に示すような給湯器１１の部品として使用される。給湯器１１の基本構造は、公知のそれと同様であり、熱交換器１２と燃焼装置１３を備える。また入水口１５から出湯口１６に至る一連の水路１７を有し、当該水路の中途に前記した熱交換器１２が介在されている。
給湯器１１では、熱交換器１２をバイパスするバイパス水路１８を備え、このバイパス水路には比例弁２０が設けられている。
そして熱交換器１２に至る水路に本実施形態の水流センサー１０が設けられている。
給湯器１１は、例えばカラン２１を開く等の操作によって水路１７に通水が生じ、これを水流センサー１０が検知すると、燃焼装置１３に点火される。
【００４５】
水流センサー１０は、図７の様にケーシング２５の中に下流側軸受け部材２６と、上流側軸受け部材４０と、羽根車状の磁気発生部材２８及び温度センサー２９が設けられ、ケーシング２５の外周部に２基の磁気センサー３０，３１が設けられたものである。
水流センサー１０のケーシング２５等の本体部分は、公知のそれと変わるものではない。即ちケーシング２５は、外観が図７、８の様にエルボの様な「Ｌ」字形状をしており、入水口３２と出水口３３を備え、内部が連通している。
またケーシング２５の内部には、軸受け保持部３５，３６が設けられている。
ケーシング２５の曲部には温度センサー２９が装着されている。
【００４６】
下流側軸受け部材２６は、４葉の固定羽根４１と軸挿入孔４３が設けられたものである。一方、上流側軸受け部材４０には固定羽根は無く、軸挿入孔４５だけが設けられている。
【００４７】
磁気発生部材２８は円筒形の軸流羽根車であり、周囲に４枚の羽根３７を備えている。４枚の羽根３７は、軸線に対してやや傾斜した姿勢に設けられている。羽根３７にはいずれも着磁されており、磁極として機能する。
磁気発生部材２８の両端面からは軸４６，４７が突出している。
【００４８】
また下流側軸受け部材２６は、ケーシング２５の軸受け保持部３５に載置され、上流側軸受け部材４０は、軸受け保持部３６に載置されている。
そして磁気発生部材２８の端部から突出する軸４６が下流側軸受け部材２６の軸挿入孔４３に挿通され、磁気発生部材２８の他端から突出する軸４７は、上流側軸受け部材４０の軸挿入孔４５に挿通されている。従って羽根車状の磁気発生部材２８は、ケーシング２５内で抵抗無く回転する。
【００４９】
本実施形態の水流センサー１０は、特徴的な構成として、磁気センサーを２基備えている。磁気センサー３０，３１自体は公知の磁気抵抗素子を活用したものである。
図１０は、本発明の水流センサーで採用する磁気センサー３０，３１の回路図である。
磁気センサー３０，３１は、それぞれ４個の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を持ち、これらは所定のレイアウトで配置されていて磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を検知する。
また４個の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）は、図１０の様にブリッジ回路を構成し、オペアンプに接続されている。従ってオペアンプからは、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分の強度の差に応じた出力が出される。
オペアンプの出力は、公知のＡ／Ｄ変換装置によってパルス化される。
【００５０】
本実施形態の水流センサー１０では、磁気センサー３０，３１が、磁気発生部材２８との関係において外部の環境に基づく磁界の影響を同時に受けにくい位置に設けられている。
即ち本実施形態の水流センサー１０では、第一磁気センサー３０と、第二磁気センサー３１は、２２．５°（π／８）離れた位置にある。
【００５１】
図１１は、本発明の実施形態の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの位置関係を説明する概念図である。図１２は、本発明の実施形態の水流センサーにおいて羽根車が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度を示すグラフである。
【００５２】
２２．５°（π／８）離れた位置は、図１２に示すように、第一磁気センサー３０を通過する磁界の一定方向成分（Ｙ方向）の強度とこれに対して直交する方向成分（Ｘ方向）の強度との差が最大の時、第二磁気センサー３１の磁気センサーを通過する磁界の一定方向成分（Ｙ方向）の強度とこれに対して直交する方向成分（Ｘ方向）の強度との差が最小となる位置関係である。
【００５３】
言い換えるとこの位相のずれは、磁気センサーがオン状態となるピークの環境からオフ状態となるピークの環境に至る間を基準としてこれの半位相である。
【００５４】
この位置は、第一磁気センサー３０がオン状態となるピークの環境にあるとき、第二磁気センサー３１はオンからオフに切り替わる遷移領域又はオフ状態からオン状態に切り替わる遷移領域の環境となる様な位置関係であるから、たとえ第二磁気センサー３１が不安定な作動環境にあっても第一磁気センサー３０は正常に機能する。
また逆にたとえ第一磁気センサー３０が不安定な作動環境にあっても、第二磁気センサー３１は正常に機能する環境にある。
【００５５】
図１３は、実際に水流があった場合における各磁気センサーから出力されるパルスを示すグラフ（ａ）と、外乱を受けた場合に各磁気センサーから出力されることが想定されるパルスを示すグラフ（ｂ）である。
本実施形態の水流センサーを図６に示すように給湯器１に使用し、水路１７に実際に通水がなされた場合は、図１３（ａ）に示す様にパルス出力が各磁気センサーから出力される。すなわち、両者からは規則的なパルスが出力され。両者はπ／８だけ位相がずれている。
【００５６】
これに対して、外乱による場合は、図１３（ｂ）に示す様に第一磁気センサー３０又は第二磁気センサー３１のいずれかからのみパルスが出力され、他方からパルスは出力されない。
そのため、第一磁気センサー３０と第二磁気センサー３１の双方から共にパルス出力があった場合に通水があったと判定すれば、外乱による誤動作を防ぐことができる。
図１４は、図６の給湯器の動作を示すフローチャートである。
【００５７】
図６に示す給湯器１では、図１４に示すように、ステップ１でパルスを検知すると、ステップ２でこのパルスが第一磁気センサー３０と第二磁気センサー３１の双方から出力されたものであるか否かを判断する。そして前記した図１２の様に双方からパルスが出力されているならば水路１７に水が流れていると判断し、ステップ３に移行して流量を演算する。なお本実施形態で採用する水流センサー１０は、単位時間当たりのパルス数に基づいて通過水量を検知することができる。
【００５８】
その後、ステップ４に移行して燃焼を開始し、以後は公知の給湯器と同様に燃焼量を増減して出湯温度が制御される。
【００５９】
またステップ２において、パルスが磁気センサー３０，３１の一方からのみ出されている場合は、外乱による磁気センサー３０，３１の誤動作と考えられるから、燃焼を開始することなく待機させる（ステップ５）。
【００６０】
以上説明した実施形態では、磁気発生部材２８は４枚羽根であり、それぞれに着磁されて４個の磁極を備えたものを例示したが、これらの個数は任意である。また前記した実施形態では、磁気発生部材２８が４個の磁極を備えたものであったから、第一磁気センサー３０と第二磁気センサー３１の角度は、π／８が適切であったが、磁石の数が違えば当然に磁気センサーの配置角度も変わる。
磁気センサーの配置角度の一般式は〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕である。また前記した実施形態では、磁気センサー３０，３１は、磁気発生部材２８との関係において外部の環境に基づく磁界の影響を同時に受けにくい位置であって最も近接した位置に設けたが、より離れた位置であってよい。
従って磁気センサーの配置角度〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕の奇数倍の角度であってもよい。
本式に則って磁気センサーを配置すると、第一磁気センサーに磁極が近接する時と、第二磁気センサーに磁極が近接する状態の時との間にはずれが生じ、このずれは、概ね〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕回転相当又はこれの奇数倍回転相当となる。
【００６１】
例えば図１５に示すような、６個の磁極（羽根）を備えた磁気発生部材５０を内蔵する水流センサー５１であれば、磁気センサーの配置角度は、１５°（π／１２）となる。
ここで図１５は、本発明の他の実施形態の水流センサーについて、磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す模式図である。図１６は、図１５の水流センサーにおいて磁気発生部材５０が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度を示すグラフである。
【００６２】
また前記した実施形態では、２基の磁気センサーを同一平面上に並べて設けたが、異なる平面に設けてもよい。即ち前記した実施形態では、水流に対して垂直方向の平面に二つの磁気センサーが配置されており、磁気センサー同士は水流方向には同じ位置にある。
しかしながら、本発明は、この構成に限定されるものではなく、水流方向にずれた位置に磁気センサーを設けてもよい。
【００６３】
図１７は、本発明の他の実施形態の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す概念図である。図１８は、図１７の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す正面図及び平面図及び磁気センサーが設けられた平面における断面図である。図１９は、本発明のさらに他の実施形態の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す概念図である。
【００６４】
図１７に示す水流センサーでは、磁気発生部材５２は、先の実施形態よりも全長が長い。また羽根（着磁されている）５３は、相当の長さを持ち、磁気発生部材５２の外周部に螺旋状に設けられている。そのため磁気発生部材５２では、先端側と後端側の磁石の位置に角度差（円周上の角度差、即ち平面視したときの角度差）がある。この角度は、例えば約〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕である。磁極の数が４個であるならばこの角度は２２．５°（π／８）である。
【００６５】
例えば磁気発生部材が、図１８に示す様な姿勢であるとき、第一磁気センサーは羽根の正面にあり、第二磁気センサーは、羽根から約２２．５°（π／８）離れた位置にある。そのため磁気センサー３０，３１が、外部の環境に基づく磁界の影響を同時に受けることはない。
【００６６】
図１７に示した実施形態では、全長の長い磁気発生部材を採用したが、磁気発生部材を複数に分割しても同様の効果が得られる。
図１９に示す水流センサーでは、磁気発生部材５５，５６を２個備え、これを〔２×π〕／〔磁極の数×２×２〕の角度ずらして取り付けている。
そのため磁気センサー３０，３１が、外部の環境に基づく磁界の影響を同時に受けることはない。
【００６７】
前記した実施形態において、２基の磁気センサーの回路は前記した図１０の様な個別のものであってもよいが、図２０に示すように電源供給ラインを共通化して全体をユニット化してもよい。
【００６８】
以上説明した実施形態は、いずれも二つの磁気センサーを理想的な位置に配置した例を示したが、設置スペースの関係によっては、必ずしも理想的な位置に配置できない場合もある。しかしながら、少なくとも、第一磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるとき、第二磁気センサーがオン状態となるピークの環境でもオフ状態となるピークの環境でもない位置関係に配置されていれば、誤検知の確率は極めて小さなものとなる。
【００６９】
また上述した実施形態では、磁気発生部材２８が傾斜した羽根３７を備え、直進する水流を傾斜した羽根３７に当てて周方向の分力を発生させ、磁気発生部材２８を回転させたが、ひねりを設けた羽根を使用しても同様の作用がある。
また水流を旋回させて磁気発生部材２８を回転させてもよい。即ち磁気発生部材の上流側に傾斜角度やひねりを与えられた固定羽根を設ける。直進的に流れる水流は、固定羽根に沿って旋回流となり、この旋回流によって磁気発生部材２８を回転させる。この構成を採用する場合には、磁気発生部材２８の羽根は直線的であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】羽根車（磁気発生部材）に着磁された磁極と磁気センサーとの関係を示す模式図である。
【図２】羽根車（磁気発生部材）が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度とセンサーからの出力との関係を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は、第一磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフであり、（ｂ）は、第一磁気センサーが遷移状態にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフである。
【図４】磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味し、羽根車が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度とセンサーからの出力との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味して第一磁気センサーがオン状態となるピークの環境にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフであり、（ｂ）は、磁界のＸ方向成分とＹ方向成分を加味して第一磁気センサーが遷移状態にあるときにおける外乱の影響を説明するグラフである。
【図６】本発明の実施形態の水流センサーを採用した給湯器の作動原理図である。
【図７】本発明の実施形態の水流センサーの正面断面図（ａ）と側面断面図（ｂ）である。
【図８】本発明の実施形態の水流センサーの斜視図である。
【図９】本発明の実施形態の水流センサーの内部構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明の水流センサーで採用する磁気センサーの回路図である。
【図１１】本発明の実施形態の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの位置関係を説明する概念図である。
【図１２】本発明の実施形態の水流センサーにおいて羽根車が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度を示すグラフである。
【図１３】実際に水流があった場合における各磁気センサーから出力されるパルスを示すグラフ（ａ）と、外乱を受けた場合に各磁気センサーから出力されることが想定されるパルスを示すグラフ（ｂ）である。
【図１４】図６の給湯器の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の他の実施形態の水流センサーについて、磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す模式図である。
【図１６】図１５の水流センサーにおいて磁気発生部材が回転した場合の磁気センサー周辺の磁界強度を示すグラフである。
【図１７】本発明の他の実施形態の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す概念図である。
【図１８】図１７の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す正面図及び平面図及び磁気センサーが設けられた平面における断面図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施形態の水流センサーにおける磁気発生部材と磁気センサーとの関係を示す概念図である。
【図２０】本発明の他の実施形態で採用する磁気センサーの回路図である。
【図２１】特許文献１の第３図に加筆したものである。
【符号の説明】
【００７１】
２  羽根
３  磁気センサー
１０  水流センサー
１１  給湯器
１２  熱交換器
１３  燃焼装置
１７  水路
２８  磁気発生部材
３０  磁気センサー
３１  磁気センサー
３７  羽根
５０  磁気発生部材
５１  磁気センサー
５２  磁気発生部材
５３  羽根
５５  磁気発生部材
５６  磁気発生部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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